基于S3C2410的嵌入式视频监控系统的设计

2014-05-30许敏

电脑知识与技术 2014年8期

许敏

摘要：针对工业生产、交通、智能办公、银行等场所对以视频监控的广泛使用，设计一种基于S3C2410为核心芯片搭建硬件平台，采用嵌入式Linux软件操作开发系统，通过 Liunx软件操作平台，实现视频数据的采集、图像编码、传输和保存。使用USB摄像头视频图像采集处理模块、GPRS无线数据传输等硬件模块模块。通过Interne网络传输，通过网络与远程终端设备的通信，对视频进行远程监控，实时性强、成本底、性能稳定。

关键词：视频监控；嵌入式；S3C2410

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）08-1802-02

随着计算机和网络技术的迅速发展，采用嵌入式网络摄像机，具有数字化、智能化，必然是视频监控系统发展的必然趋势[1]。设计基于以S3C2410为核心的ARM嵌入式平台，结合图形采集模块，实现视频数据的采集、压缩以及传输。视频监控设备体积小、通讯便利，可以实现对各种移动终端设备或者以太网的直接接入。传统的视频监控系统采用数字芯片集成技术，信号处理速度低，导致系统的稳定性不过稳定，而嵌入式视频监控系统更具有网络化程度高、性能稳定的特点[2]。

1 硬件系统设计

系统的结构组成采用模块化设计，设备分为主控模块和各个功能模块，各个模块的组成通过特定的接口方式连接起来。远程实时监控系统采用Samsung公司的处理器S3C2410作为主控器件，S3C2410芯片支持Linux，有多个功能寄存器和常用接口，控制系统协议的转化，可以通过以太网控制器控制物理层的芯片[3]。实现对视频的采集，外围电路的配置扩展了64 Mbyte的16 bit FLASH和64 Mbyte的32 bit SDRAM，通过GPIO与以太网控制芯片CS8900A的连接扩展为网络接口。视频的获取使用与Linux兼容性好、图像流畅、清晰图高的，有视频压缩编码芯片的ZC0301P摄像头，实现JPEG压缩，通过USB口将摄像头连接到处理器上，来进行对视频数据的采集和处理，然后通过GPRS无线数据网络将视频传输到远程移动终端上显示。系统的硬件结构如图1。

2 系统的总体架构

该嵌入式视频监控系统主要由服务器端和客户端组成。服务器端有图像采集模块、视频图像网络传输GPRS模块组成，将图像数据进行压缩、编码后输出JPEG格式的二进制位流，然后将采集的一帧JPEG图像的耳机去位流通过接口发送到远程终端设备上[4]。客户端的功能是实现远程终端设备的视频显示。①视频采集：在硬件系统中，摄像头ZC0301与S3C2410通过USB接口相接，进行接口通信需要在Linux内核中安装支持和加载ZC0301的USB硬件驱动模块。摄像头捕获的图像数据通过USB接口传输到S3C2410处理器中，S3C2410对采集到的图像进行实时的编码和压缩，编码后传输到缓冲区，等待发送。②网络无线数据传输：采用CS8900A作为网络接口，S3C2410通过地址、数据、控制线和内部寄存器的设置对CS8900A网络芯片进行控制和通信[5]。CS8900A以太网控制芯片通过DMA通道进行数据的传输。GPRS模块是具有网络功能的芯片，通过串行协议的通信方式，将采集得到的JPEG数据打包成资料包，通过Internet接入服务器连接。③远程移动终端设备通过以太网连接到网络服务器，将视频实时显示出来，实现远程监控。系统总体架构如图2。

3 软件设计与实现

嵌入式视频监控系统的主要部分是有软件程序设计来实现，软件部分的设计主要包括视频采集程序、视频传输程序以及客户端网络连接程序。

使用常用的Video4Linux接口函数访问USB摄像头设备，捕获生成实时的视频流[6]。Video4Linux是Linux对视频设备的内核级驱动，是Linux下的一个统一的用于获取视频和音频数据的API接口，因此在编译内核的时候，在内核的/kernel目录下输入make menuconfig命令进行相应的选择，在Multimedia devices选项下选择【*】Video For Linux。使用ZC0301P芯片摄像头，Linux内核对此不支持，要对其驱动进行加载。采用Linux下通用的摄像头驱动spca5xx。下载对应的内核的驱动补丁，然后将其放倒内核源码的/driver/usb目录下解压、打补丁。内核编译后将生产摄像头驱动模块：spca5xx.o文件，使用insmod命令加载spca5xx.o文件，最后系统便会在/dev/下生成video 文件。使用Video4Linux支持的structv4_struct数据结构[7]，成员结构的定义如下

Struct vdIn{

int fd； /*设备描述符*/

struct video_channel ； /*各个信号源的属性*/

struct video_picture； /*设备采集图像各种属性*/

struct video_mbuf ； /*摄像头存储器缓冲的帧信息*/

struct video_mmap； /*用于内存映射*/

int hdrheight；

……

视频图像采集程序分为频采集设备的初始化、打开视频设备、获取设备信息3个部分。

初始化采集设备函数： if （init_videoIn（videoIn， dev， width， height， fps， format， 1） < 0） { IPRINT（"init_VideoIn failed＼n"）；

closelog（）；

exit（EXIT_FAILURE）； }